-
Es wird ein Anspritzkanal angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrospritzgussteils sowie ein Mikrospritzgussteil angegeben.
-
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Anspritzkanal anzugeben, mit dem ein Mikrospritzgussteil hergestellt werden kann und bei dem ein Anspritzbereich ohne störenden Überstand abreißt.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Anspritzkanals weist dieser einen Zuführkanal mit einer Zuführachse auf. Die Zuführachse verläuft bevorzugt entlang einer geraden Linie. Entlang einer Spritzrichtung, entlang der eine Spritzgussmasse für ein Mikrospritzgussteil in dem Anspritzkanal geführt wird, nimmt ein Durchmesser des Zuführkanals bevorzugt monoton oder streng monoton ab. Beispielsweise weist der Zuführkanal einen kreisförmigen Querschnitt auf.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Anspritzkanals weist dieser einen Anspritzpunkt mit einer Anspritzachse auf. Die Anspritzachse verläuft bevorzugt ebenfalls entlang einer geraden Linie. Der Anspritzpunkt schließt sich, entlang der Spritzrichtung gesehen, unmittelbar an den Zuführkanal an. Ein mittlerer Durchmesser des Anspritzpunkts ist bevorzugt kleiner oder gleich einem Durchmesser des Zuführkanals an einer Verbindungsstelle zwischen dem Zuführkanal und dem Anspritzpunkt.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Anspritzachse und die Zuführachse gegeneinander abgewinkelt. Ein Winkel zwischen der Anspritzachse und der Zuführachse beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 20° und 75°, insbesondere zwischen einschließlich 25° und 50° oder zwischen einschließlich 40° und 50°.
-
In mindestens einer Ausführungsform dient der Anspritzkanal zur Herstellung von Mikrospritzgussteilen. Der Anspritzkanal umfasst einen Zuführkanal mit einer Zuführachse sowie einen Anspritzpunkt mit einer Anspritzachse. Der Anspritzpunkt schließt sich entlang einer Spritzrichtung unmittelbar an den Zuführkanal an. Die Zuführachse ist gegenüber der Anspritzachse abgewinkelt, der Anspritzpunkt ist gegenüber dem Zuführkanal versetzt.
-
In einem Bereich, an dem ein Anspritzkanal Material in eine Form für ein Spritzgussteil einbringt, können bei einem Entformen des Spritzgussteils aus der Form Anspritzbereiche entstehen. Solche überstehende Anspritzbereiche stellen insbesondere Erhebungen aus einer gewünschten Formgebung des Spritzgussteils dar und wirken oft störend. Bei Spritzgussteilen mit vergleichsweise großen geometrischen Abmessungen können die Anspritzbereich nach dem Spritzen in einem weiteren Verfahrensschritt entfernt werden oder ein Spritzwerkzeug weist einen Mechanismus mit insbesondere beweglichen Teilen auf, der bereits beim Spritzen zu einer Entfernung oder Reduzierung des mindestens einen Anspritzbereichs führt.
-
Bei Mikrospritzgussteilen mit kleinen geometrischen Abmessungen sind die genannten Methoden unpraktikabel oder nur mit vergleichsweise großem Aufwand durchführbar. Dadurch, dass bei dem angegebenen Anspritzkanal der Zuführkanal gegenüber dem Anspritzpunkt abgewinkelt ist, erfolgt beim Entfernen eines Angusses von dem Mikrospritzgussteil ein selbstständiges Trennen von dem Mikrospritzgussteil. In dem Anspritzbereich reißt ein Material des Mikrospritzgussteils ohne oder nur mit vergleichsweise kleinem Überstand ab. Hierdurch ist ein nachträgliches Entfernen des Anspritzbereichs von dem Mikrospritzgussteil nicht mehr erforderlich. Zudem weist der Anspritzkanal keine zusätzliche, bewegliche Teile auf.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Anspritzkanals überlappen ein erster Querschnitt des Zuführkanals und ein zweiter Querschnitt des Anspritzpunkts, gesehen in Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Zuführachse. Der erste sowie der zweite Querschnitt sind hierbei die Querschnitte des Zuführkanals sowie des Anspritzpunkts am Ende des Zuführkanals sowie am Ende des Anspritzpunkts, gesehen entlang der Spritzrichtung. Mit anderen Worten existiert dann eine gerade Verbindungslinie zwischen außerhalb des Anspritzkanals und dem Zuführkanal in einer Richtung parallel zur Zuführachse. In Draufsicht auf eine Spitze des Anspritzkanals gesehen ist also, entlang einer Geraden parallel zur Zuführachse, durch den Anspritzpunkt hindurch ein Teil des Zuführkanals erreichbar.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Anspritzkanals weist der Überlappbereich eine Fläche auf, die zwischen einschließlich 10% und 80% der Fläche des zweiten Querschnitts des Anspritzpunkts beträgt, insbesondere zwischen einschließlich 10% und 60% oder zwischen einschließlich 20% und 60% oder zwischen einschließlich 25% und 50%. Alternativ hierzu ist es möglich, dass der erste Querschnitt und der zweite Querschnitt vollständig überlappen, so dass der zweite Querschnitt vollständig innerhalb des ersten Querschnitts liegt, in Projektion auf die Ebene gesehen. Ferner ist es alternativ möglich, dass der erste Querschnitt und der zweite Querschnitt keinen Überlappbereich zueinander aufweisen und/oder sich nicht berühren.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Anspritzkanals gilt hinsichtlich einer Länge L des Anspritzpunkts, eines mittleren Durchmessers D3 des Anspritzpunkts sowie dem Winkel α zwischen der Zuführachse und der Anspritzachse einer oder es gelten mehrere der folgenden Zusammenhänge: tanα ≥ D3/(4·L), tanα ≥ D3/(2·L), tanα ≤ D3/L.
-
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrospritzgussteils sowie ein Mikrospritzgussteil angegeben. Bei dem Verfahren findet insbesondere ein Anspritzkanal, wie in Verbindung mit mindestens einer der vorhergehenden Ausführungsformen angegeben, Anwendung. Merkmale des Anspritzkanals sind daher auch für das Verfahren sowie für das Mikrospritzgussteil offenbart und umgekehrt.
-
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet dieses zumindest die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen einer Spritzgussform und eines Anspritzkanals,
- – Spritzen des Mikrospritzgussteils,
- – Entfernen des Anspritzkanals und/oder der Spritzgussform von dem Mikrospritzgussteil.
-
Bei dem Entfernen des Anspritzkanals von dem gespritzten und wenigstens teilweise ausgehärteten Mikrospritzgussteil wird hierbei der Anspritzkanal bevorzugt entlang einer Richtung parallel zu der Zuführachse des Anspritzkanals bewegt. Es ist dabei möglich, dass der Anspritzkanal einstückig mit der Spritzgussform oder mit einem Teil der Spritzgussform ausgebildet ist. Alternativ hierzu kann der Anspritzkanal ein selbstständiges, separates und/oder nicht einstückig mit der Spritzgussform ausgebildetes Bauteil sein.
-
In mindestens einer Ausführungsform des Mikrospritzgussteils weist dieses eine Spritzgussmasse auf, aus der ein Spritzgusskörper gefertigt ist. Der Spritzgusskörper des Mikrospritzgussteils umfasst bevorzugt eine Anspritzausnehmung. In der Anspritzausnehmung befindet sich, während des Spritzens des Mikrospritzgussteils, ein Teil des Anspritzkanals. Weiterhin beinhaltet das Mikrospritzgussteil einen Abrissbereich, der bevorzugt in der Anspritzausnehmung liegt und der einem Anspritzbereich umfasst. In Draufsicht auf die Anspritzausnehmung gesehen befindet sich der Abrissbereich ausmittig oder exzentrisch in der Anspritzausnehmung.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Spritzgussmasse des Spritzgusskörpers ein Gewicht zwischen einschließlich 1 mg und 1 g, insbesondere zwischen einschließlich 50 mg und 750 mg auf. Eine größte geometrische Abmessung des Spritzgusskörpers entlang einer oder aller Raumrichtung liegt alternativ oder zusätzlich im Bereich zwischen einschließlich 0,1 mm und 12 mm, insbesondere zwischen einschließlich 1 mm und 8 mm.
-
Bei der Spritzgussmasse handelt es sich zum Beispiel um ein duroplastisches oder thermoplastisches Polymer, ein Silikon, ein Epoxid und/oder ein Epoxid-Silikon-Hybrid-Material. Besonders bevorzugt weist die Spritzgussmasse eine Faserverstärkung auf. Die Faserverstärkung ist insbesondere durch Fasern eines dielektrischen Materials wie Glas gebildet. Alternativ hierzu kann die Faserverstärkung auch durch Fasern eines elektrisch leitfähigen Materials, wie ein Metall, eine Metalllegierung oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, umfassen oder aus einem solchen Material bestehen. Ein Gewichtsanteil der Faserverstärkung an der Spritzgussmasse liegt beispielsweise zwischen einschließlich 5% und 50% oder zwischen einschließlich 15% und 40%.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Mikrospritzgussteils ragt der Anspritzbereich nicht aus der Anspritzausnehmung heraus. Mit anderen Worten liegt der Anspritzbereich vollständig in der Anspritzausnehmung.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Mikrospritzgussteils umfasst dieses, neben dem Spritzgusskörper, weitere Teile wie beispielsweise einen Leiterrahmen oder einen Kühlkörper, die in dem Spritzgusskörper eingebettet sein können. Insbesondere ist das Mikrospritzgussteil zur Aufnahme eines optoelektronischen Halbleiterbauteils wie einer Leuchtdiode, einer Fotodiode und/oder einer Laserdiode eingerichtet. Ebenso kann das Mikrospritzgussteil einen Reflektor für elektromagnetische Strahlung aufweisen oder wenigstens stellenweise in Form eines solchen Reflektors ausgebildet sein.
-
Nachfolgend wird ein hier beschriebener Anspritzkanal, ein hier beschriebenes Mikrospritzgussteil sowie ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Anspritzkanals,
-
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines hier beschriebenen Mikrospritzgussteils,
-
3 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Anspritzkanals, und
-
4 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Spritzgussteils.
-
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Anspritzkanals 1 illustriert. In 1B eine schematische Seitenansicht des Anspritzkanals 1 von rechts, in 1A eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 1B und in 1C eine Detailansicht des Bereichs Z aus 1A dargestellt.
-
Der Anspritzkanal 1 weist einen Zuführkanal 2 mit einer Zuführachse 20 auf. Entlang einer Spritzrichtung S, entlang der ein Materialfluss bei einem Spritzen mit dem Anspritzkanal 1 erfolgt, nimmt ein Durchmesser des Zuführkanals 2 stetig ab. Beispielsweise ist der Zuführkanal kegelstumpfartig geformt. Ferner weist der Anspritzkanal 1 einen Anspritzpunkt 3 mit einer Anspritzachse 30 auf. Der Anspritzpunkt 3 schließt sich, entlang der Spritzrichtung S, unmittelbar an den Zuführkanal 2 an. Der Zuführkanal 2 sowie der Anspritzpunkt 3 sind einstückig in dem Anspritzkanal 1 durch Ausnehmungen wie Bohrungen geformt. Ein Übergang zwischen dem Zuführkanal 2 und dem Anspritzpunkt 3 erfolgt in Form eines Knicks. Mit anderen Worten gehen Seitenwände des Zuführkanals 2 stetig, jedoch nicht differenzierbar in Seitenwände des Anspritzpunkts 3 über.
-
Die Zuführachse 20 weist gegenüber der Anspritzachse 30 gemäß 1C einen Winkel α von zirka 45° auf. Der Winkel α ist mit anderen Worten ein spitzer Winkel zwischen der Anspritzachse 30 und einer Verlängerung der Zuführachse 20. Anders als in 1C dargestellt, kann der Winkel α auch von 45° abweichen. Zum Beispiel liegt der Winkel α zwischen einschließlich 55° und 75°, um ein besonders effizientes Selbsttrennen des Anspritzkanals 1 von einem Mikrospritzgussteil zu erzielen, oder es liegt der Winkel α zwischen einschließlich 20° und 35°, um einen Strömungswiderstand des Anspritzkanals 1 zu reduzieren. Insbesondere Winkel α zwischen einschließlich 35° und 55° stellen einen Kompromiss zwischen Strömungswiderstand und Selbsttrennen dar.
-
Der Anspritzpunkt 3 reicht gemäß 1C bis an Seitenwände 15 einer Spitze 10 des Anspritzkanals 1 heran. Mit anderen Worten sind die Seitenwände 15 teilweise von dem Anspritzpunkt 3 durchdrungen. Die Spitze 10 ist als Kegelstumpf geformt, wobei Kanten der Spitze 10 bevorzugt abgerundet sind. An der Spitze 10 mit dem Anspritzpunkt 3, mit dem der Anspritzkanal 1 endet, beträgt eine Wandstärke T des Anspritzkanals 1 beispielsweise zwischen einschließlich 50 μm und 0,5 mm, insbesondere zwischen einschließlich 75 μm und 200 μm.
-
Der mittlere Durchmesser D3 des Anspritzpunkts 3 sowie ein Durchmesser D2 des Zuführkanals am Ende des Zuführkanals liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 0,1 mm und 1,0 mm, insbesondere zwischen einschließlich 0,15 mm und 0,65 mm. Die Länge L des Anspritzpunkts 3 entlang der Anspritzachse 30 liegt beispielsweise zwischen einschließlich 50 μm und 800 μm, insbesondere zwischen einschließlich 100 μm und 500 μm. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Länge L zwischen einschließlich dem 0,1fachen und dem 1,5fachen oder zwischen einschließlich dem 0,2fachen und dem 0,7fachen des mittleren Durchmessers D3 des Anspritzpunkts 3. Eine Länge H der Spitze 10 des Anspritzkanals 1, wobei sich die Spitze 10 über einen plateauartigen Bereich des Anspritzkanals 1 erhebt, beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 0,1 mm und 2,0 mm, insbesondere zwischen einschließlich 0,25 mm und 0,8 mm. Für die Größen α, D3 und L gilt bevorzugt: D3/(3·L) ≤ tanα ≤ D3/L.
-
In Projektion auf eine Ebene E, senkrecht zu der Zuführachse 20, überlappen ein erster Querschnitt Q2 des Zuführkanals 2 und ein zweiter Querschnitt Q3 des Anspritzpunkts 3, vergleiche 1B. Ein Überlappbereich Q23 zwischen den Querschnitten Q2, Q3 weist bevorzugt eine Fläche zwischen einschließlich 30% und 40% der Fläche des zweiten Querschnitts Q3.
-
In 2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrospritzgussteils 5 mit einem Anspritzkanal 1 illustriert, vergleiche die schematische Schnittdarstellung in 2A und die schematische Draufsicht auf das Mikrospritzgussteil 5 gemäß 2B. Ein Spritzgusskörper 50 des Mikrospritzgussteils 5 ist aus einem faserverstärkten Polymer geformt. Eine mittlere Länge von Fasern der Faserverstärkung liegt beispielsweise zwischen einschließlich 0,1 mm und 1,0 mm, insbesondere zwischen einschließlich 0,1 mm und 0,5 mm. Der Anspritzkanal 1 ist einstückig oder separat mit einer Spritzgussform gefertigt. Die Spritzgussform ist in den Figuren nicht dargestellt. Nach einem Spritzen eines Spritzgusskörpers 50 des Spritzgussteils 5 wird der Anspritzkanal 1 entlang einer Bewegungsrichtung M von dem Spritzgusskörper 50 entfernt.
-
Die Bewegungsrichtung M ist parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Zuführachse 20 und somit quer zu der Anspritzachse 30 orientiert. Durch den quer zur Bewegungsrichtung M orientierten Anspritzpunkt 3 erfolgt bei dem Entfernen des Anspritzkanals 1 von dem Spritzgusskörper 50 ein Abscheren im Bereich eines Anspritzbereichs 8 des Spritzgusskörpers 50. Hierdurch ist verhinderbar, dass der Anspritzbereich 8 aus einer Anspritzausnehmung 6 herausragt. Die Anspritzausnehmung 6 wird durch die Spitze 10 den Anspritzkanal 1 im Spritzgusskörper 50 ausgebildet. Zum Beispiel weist die Anspritzausnehmung 6 eine Tiefe H auf, die gleich der Länge H der Spitze 10 des Anspritzkanals 1 ist.
-
Ein Abrissbereich 7, in dem sich der Anspritzbereich 8 befindet, liegt ausmittig in der in Draufsicht gesehen insbesondere kreisförmigen Anspritzausnehmung 6. Zum Beispiel ist ein Mittelpunkt der Anspritzausnehmung 6, in Draufsicht gesehen, nicht von dem Abrissbereich 7 mit dem Anspritzbereich 8 überdeckt, vergleiche 2B. Der sich über eine Bodenfläche 60 der Anspritzausnehmung 6 erhebende Anspritzbereich 8 reicht stellenweise bis an Seitenwände 65 der Anspritzausnehmung 6 heran.
-
Der Anspritzbereich 8 ist durch Material gebildet, das sich nach dem insbesondere vollständigen Spritzen des Mikrospritzgussteils 5 in dem Anspritzkanal 1 befindet und sich durch ein Anhärten des Materials mit dem eigentlichen Spritzgusskörper 50 verbindet. In einem Randbereich 85 des Anspritzbereichs 8, in dem ein Wandbereich 35 des Anspritzpunkts 3 an dem Anspritzbereich 8 anliegt, weist der Anspritzbereich 8 eine glatte Fläche auf. An Abrissflächen 80 ist der Anspritzbereich 8 hierzu im Vergleich aufgeraut. Ein Bereich der Abrissfläche 80 gegenüber der Seitenwand 65 nahen Wandbereich 85 ist annäherungsweise senkrecht zu der Bodenfläche 60 orientiert. In Draufsicht gesehen weist der Anspritzbereich 8 einen näherungsweise kreisförmigen Umriss auf. In einem Querschnitt gesehen, vergleiche 2A, ist der Anspritzbereich 8 dreieckig oder näherungsweise dreieckig geformt.
-
In 3 ist, in analoger Darstellung zur 1, ein herkömmlicher Anspritzkanal gezeigt. Achsen eines Zuführkanals 2 und eines Anspritzpunkts 3 sind parallel zueinander ausgerichtet und verlaufen entlang einer gemeinsamen, geraden Linie. Insbesondere bei faserverstärkten Spritzgussteilen können sich hierdurch einzelne Fasern der Faserverstärkung und/oder der gesamte Anspritzbereich 8, vergleiche die Querschnittsdarstellung eines herkömmlichen Spritzgussteils gemäß 4, weit aus der Anspritzausnehmung 6 erheben.
-
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
